Maya çiftleşmesi - Mating of yeast

Saccharomyces cerevisiae çiftleşme a Shmoo α-faktörüne yanıt ile

Maya Saccharomyces cerevisiae basit bir tek hücreli ökaryot bir hem de diploid ve haploid varlığının modu. Maya eşleşme Yalnızca ya olabilir, haploidlerin arasında meydana gelen bir ya da α (a) eş türü ve böylece basit göstermek cinsel farklılaşma . Çiftleşme tipi, hem haploid hem de diploid hücrelerin cinsel davranışını yöneten tek bir lokus , MAT tarafından belirlenir . Bir tür genetik rekombinasyon yoluyla , haploid maya her hücre döngüsünde olduğu gibi çiftleşme tipini değiştirebilir .

Saccharomyces cerevisiae'nin çiftleşme tipi ve yaşam döngüsü

S. cerevisiae (maya), diploid veya haploid olarak kararlı bir şekilde var olabilir. Hem haploit ve diploit maya hücreleri tarafından yeniden mitoz yavru hücre anne hücrelerinin kapalı tomurcuklanan ile. Haploid hücreler diğer eşleşme tür diğer haploit hücrelerin ile çiftleşme kapasitesine sahiptir (bir , bir hücre sadece bir α hücre ile eş olabilir ve bunlar da tam tersi), istikrarlı diploit hücre üretmek. Diploid hücreler, genellikle besin tükenmesi gibi stresli koşullarla karşı karşıya kaldıklarında, mayoz bölünme geçirerek dört haploid spor üretebilir : iki a sporu ve iki a sporu.

a ve α hücreleri arasındaki farklar

Zıt çiftleşme tiplerinden iki haploid maya feromon salgılar, çıkıntılar geliştirir ve çiftleşir.

bir hücre, komşu a hücrelerine bir hücrenin varlığını işaret eden bir çiftleşme feromonu olan ' a- faktörü' üretir . bir hücre, α-faktörünün kaynağına doğru bir projeksiyon ( Al Capp çizgi film karakteri Shmoo'ya benzeyen ayırt edici şekli nedeniyle shmoo olarak bilinir) büyüterek α-faktörü olan α hücresi çiftleşme feromonuna yanıt verir . Benzer şekilde, α hücreleri α-faktörü üretir ve bir -faktöre feromon kaynağına doğru bir projeksiyon büyüterek yanıt verir . Haploid hücrelerin sadece karşıt çiftleşme tipindeki çiftleşme feromonlarına tepkisi, a ve α hücreleri arasında çiftleşmeye izin verir , ancak aynı çiftleşme tipindeki hücreler arasında değil.

a ve a hücreleri arasındaki bu fenotipik farklılıklar , iki çiftleşme tipindeki hücrelerde aktif olarak kopyalanan ve bastırılan farklı bir gen kümesinden kaynaklanır . a hücreleri, bir -faktörü üreten ve a-faktörüne bağlanan ve hücre içinde sinyalleşmeyi tetikleyen bir hücre yüzeyi reseptörü (Ste2) üreten genleri aktive eder. a hücreleri ayrıca bir α hücresi olmakla ilişkili genleri de bastırır. Benzer şekilde, α hücreler α-faktörü üreten ve bağlandığı ve yanıtlar için bir hücre yüzey reseptörü (ste3) üreten genleri aktive bir a-faktörü ve α hücreler olmak üzere ilişkili genleri baskılamak bir hücre.

MAT lokus

Karakterize transkripsiyonel baskı ve aktivasyon farklı setleri , bir ve α hücreler iki birinin varlığında kaynaklanır allellerin a lokus olarak adlandırılan MAT : MAT a veya MATα kromozom III bulunur. MAT lokusu, iki eşleşme türü arasında paylaşılan dizilere dayalı olarak genellikle beş bölgeye (W, X, Y, Z1 ve Z2) bölünür. Y bölgesinde (Y fark yalan a genler ve promoterler çoğunu içeren ve Yα).

MAT bir alel MAT adlı bir gen kodlayan bir haploidlerde transkripsiyonunu yönlendirmek 1, bir (örneğin, ifade olarak özgü transkripsiyon programı STE2 ve bastırma ste3 bir tanımlar) bir hücre. MATα alel MAT haploidlerin (örneğin ifade olarak α-spesifik transkripsiyonel programın transkripsiyonunu yönlendirmek a1 ve α2 genleri kodlayan ste3 , bastırma STE2 hücre, bir α hücresi olması neden olur). S. cerevisiae , dizisinin çoğunu a2 ile paylaşan, belirgin bir işlevi olmayan bir 2 genine sahiptir; ancak Candida albicans gibi diğer mayalar, işlevsel ve farklı bir MAT a 2 genine sahiptir.

Haploid ve diploid hücreler arasındaki farklar

Haploid hücreler iki çiftleşme türünden ( a veya α) biridir ve karşıt çiftleşme tipindeki haploid hücreler tarafından üretilen çiftleşme feromona yanıt verir ve karşıt çiftleşme tipindeki hücrelerle çiftleşebilir. Haploid hücreler mayoz bölünme geçiremezler . Diploid hücreler çiftleşme feromonunu üretmez veya ona tepki vermez ve çiftleşmez, ancak dört haploid hücre üretmek için mayoz bölünmeye uğrayabilir .

Haploid a ve a hücreleri arasındaki farklılıklar gibi, haploid ve diploid hücreler arasındaki fenotipik farklılıklardan farklı gen baskılama ve aktivasyon kalıpları sorumludur . Spesifik ilave olarak bir ve α transkripsiyonel desen her iki eşleşme türleri haploit hücrelerin haploid özgü (örneğin genler aktive haploid bir transkripsiyonel biçimini paylaşan HO ) ve bastırmaktadır (örneğin genler spesifik diploid IME1 ). Benzer şekilde, diploid hücreler, diploide özgü genleri aktive eder ve haploide özgü genleri bastırır.

Haploidlerin ve diploidlerin farklı gen ekspresyon paternleri yine MAT lokusundan kaynaklanmaktadır. Haploid hücreler, 16 kromozomun her birinin yalnızca bir kopyasını içerir ve bu nedenle, çiftleşme türlerini belirleyen yalnızca bir MAT aleline ( MAT a veya MATa ) sahip olabilir. Diploid hücreler, bir hücre ve bir a hücresinin çiftleşmesinden kaynaklanır ve bu nedenle, MAT a aleli taşıyan bir kromozom ve MATa aleli taşıyan başka bir kromozom dahil olmak üzere 32 kromozoma (16 çift halinde) sahiptir . Tarafından kodlanan bilgi kombinasyonu MAT bir aleli ( bir 1 geni) ve MATα alel (a1 ve α2 genleri), diploid transkripsiyonel programı tetikler. Benzer şekilde, ister MAT a ister MATa olsun , yalnızca tek bir MAT allelinin varlığı haploid transkripsiyonel programı tetikler.

MAT lokusunda bulunan aleller , hücrenin çiftleşme davranışını programlamak için yeterlidir . Örneğin, genetik manipülasyonlar kullanılarak , bir MATa haploid hücresine bir MAT a aleli eklenebilir . Sonunda bozulan tamamlayıcısı olmasına rağmen, hücre artık hem sahiptir MAT a ve MATα allelleri ve diploid hücre gibi davranacaktır: üretmesi veya çiftleşme feromon için cevap vermez ve hasret ne zaman ölümcül sonuçlarla, mayoz geçirmesi çalışacaktır . Benzer şekilde, bir diploid hücrede MAT lokusunun bir kopyasının silinmesi, yalnızca tek bir MAT a veya MATa aleli kalması , diploid kromozom tamamlayıcısı olan bir hücrenin haploid hücre gibi davranmasına neden olacaktır.

çiftleşme kararı

Mayada çiftleşme, Ste2 reseptörüne (a-hücrelerinde) veya Ste3 reseptörüne (a-hücrelerinde) bağlanan bir feromon varlığı ile uyarılır. Bu feromonun bağlanması daha sonra bir heterotrimerik G proteininin aktivasyonuna yol açar . Bu G-proteininin dimerik kısmı, Ste5'i (ve ilgili MAPK kaskad bileşenlerini) zara alır ve sonuçta Fus3'ün fosforilasyonu ile sonuçlanır .

Anahtarlama mekanizması, Fus3 proteini (bir MAPK proteini) ve fosfataz Ptc1 arasındaki rekabetin bir sonucu olarak ortaya çıkar . Bu proteinlerin her ikisi de, Fus3'ün fosfositleri fosforile etmeye çalışan bir iskele proteini olan Ste5'in 4 fosforilasyon bölgesini ve Ptc1'in bunları fosforilasyona uğratmaya çalışmasını kontrol etmeye çalışır.

α-faktörünün varlığı, Ste5 fosfositleri içinde yer alan bir 4 amino asit motifi yoluyla Ptc1'in Ste5'e alınmasını indükler. Ptc1 daha sonra Ste5'i defosforile eder ve sonuçta Fus3-Ste5 kompleksinin ayrışmasıyla sonuçlanır. Fus3, 4 fosfositin fosforilasyon durumuna bağlı olarak anahtar benzeri bir şekilde ayrışır. Fus3'ün ayrışması için 4 fosfositin tümü defosforile edilmelidir. Fus3'ün Ptc1 ile rekabet etme yeteneği, Ptc1 işe alındıkça azalır ve bu nedenle, feromon varlığı ile defosforilasyon oranı artar.

Fus3'ün bir homologu olan Kss1, shmooing'i etkilemez ve anahtar benzeri çiftleşme kararına katkıda bulunmaz.

Mayada, çiftleşme ve shmoos üretimi, ya hep ya hiç, anahtar benzeri bir mekanizma yoluyla gerçekleşir. Bu anahtara benzer mekanizma, maya hücrelerinin oldukça zorlu bir prosedüre akılsızca bir taahhütte bulunmaktan kaçınmasını sağlar. Bununla birlikte, çiftleşme kararının sadece (enerji israfını önlemek için) muhafazakar olması değil, aynı zamanda potansiyel eşi kaybetmemek için de hızlı olması gerekir.

Çiftleşme kararı son derece hassastır. Bu aşırı duyarlılığın korunmasının 3 yolu vardır:

  1. Çok bölgeli fosforilasyon - Fus3 yalnızca Ste5'ten ayrışır ve 4 fosfositin tümü defosforile edildiğinde tamamen aktif hale gelir. Fosforile edilmiş bir bölge bile α-faktörüne karşı bağışıklık ile sonuçlanacaktır.
  2. İki aşamalı bağlama - Fus3 ve Ptc1, Ste5'teki ayrı yerleştirme sitelerine bağlanır. Ancak kenetlendikten sonra fosfositlere bağlanabilir ve bunlar üzerinde hareket edebilirler.
  3. Sterik engel - Fus3 ve Ptc1 arasındaki Ste3'teki 4 fosfoiti kontrol etmek için rekabet

[a ve α mayaları aynı çiftleşme tepki yolunu paylaşırlar, tek fark her çiftleşme tipinin sahip olduğu reseptör tipidir. Bu nedenle, a-faktörü ile uyarılan a-tipi maya için verilen yukarıdaki açıklama, a-faktörü ile uyarılan a-tipi maya için eşit derecede iyi çalışır.]

Çiftleşme tipi anahtarlama

Çiftleşme ve diploid oluşumuna izin veren bir çiftleşme tipi geçişi bölen ve geçiren bir haploid maya.

Yabani tip haploid maya, çiftleşme türünü a ve α arasında değiştirebilir . Sonuç olarak, belirli bir çiftleşme tipindeki tek bir haploid hücre bir maya kolonisi kursa bile , çiftleşme tipi geçişi , popülasyonda hem a hem de α çiftleşme tiplerinin hücrelerinin bulunmasına neden olacaktır . Haploid hücrelerin zıt çiftleşme tipindeki hücrelerle çiftleşmesi ve diploidler oluşturması için güçlü dürtü ile birleştiğinde, çiftleşme tipi geçişi ve bunun sonucunda çiftleşme, bir haploid veya diploid hücrenin kurulmasına bakılmaksızın bir kolonideki hücrelerin çoğunun diploid olmasına neden olacaktır. koloni. Laboratuarlarda incelenen maya suşlarının büyük çoğunluğu, çiftleşme tipi geçiş yapamayacak şekilde değiştirilmiştir ( HO geninin silinmesiyle ; aşağıya bakınız); Bu haploid hücreler haploid maya kararlı yayılmasını sağlar bir birleşme tipi kalacak bir hücreler (ve α hücreleri, hücreleri α kalır) ve diploid oluşturmaz.

Maya kromozomu III üzerindeki sessiz HML ve HMR lokuslarının ve aktif MAT lokusunun konumu.

HML ve HMR : sessiz çiftleşme kasetleri

MAT lokusunda bulunan bilgileri değiştirerek haploid maya anahtarı çiftleşme tipi . Örneğin, bir bir hücre değiştirerek bir α hücreye geçecektir mat bir ile aleli MATα alel. Bir alelin Bu değiştirme MAT maya hücreleri ek yapmak için diğer mümkündür susturuculu iki kopyasını MAT a ve MATα : allel HML ( h omothallic m ating l EFT) lokusu, tipik olarak bir susturuculu kopyasını taşıyan MATα alel, ve HMR ( s omothallic m ating r ight) lokusu, tipik olarak bir susturuculu kopyasını taşıyan MAT bir alel. Sessiz HML ve HMR lokusları genellikle sessiz eşleşme kasetleri olarak adlandırılır, çünkü orada bulunan bilgiler aktif MAT lokusuna 'okunur' .

Çiftleşme tipi bilgilerinin Bu ek kopyaları allel bulunur olursa olsun fonksiyonu karışmaz MAT ile haploit hücre yüzden onlar ifade edilmez çünkü odağına MAT bir aktif de alel mevcut MAT lokusu hala olan bir hücre, Ayrıca (susturulması) sahip olmasına rağmen kopyasını MATα de mevcut alel HML . Aktif sadece allel MAT lokus transkripsiyonu ve en nedenle sadece allel MAT hücre davranışını etkileyecektir. Gizli çiftleşme tipi lokuslar , sessiz çiftleşme kasetlerinden transkripsiyonu önleyen bir heterokromatin iskelesi oluşturan SIR proteinleri tarafından epigenetik olarak susturulur .

Çiftleşme tipi anahtarın mekaniği

Maya çiftleşme tipi promotör yapısı

Çiftleşme tipi geçiş süreci , HO geni tarafından başlatılan bir gen dönüşüm olayıdır . HO geninin sadece sırasında haploid hücrelerde aktive edilen bir sıkı bir şekilde düzenlenmiştir haploit-özgü gen olan G 1 faz arasında , hücre döngüsü . Protein tarafından kodlanan HO geninin a, bir DNA endonükleaz fiziksel DNA klivaj, fakat sadece MAT yerinin (nedeniyle HO endonükleaz DNA sekansı özgüllüğüne).

HO DNA'yı kesen kez MAT , ekzonükleazlar kesilmiş DNA uçlarına çekti ve kesme sitenin her iki tarafında DNA'yı bozulmaya başlamasından edilir. Eksonükleazlar tarafından bu DNA bozunması, MAT alelini kodlayan DNA'yı ortadan kaldırır ; Bununla birlikte, DNA ile sonuçlanır boşluğu olan tamir ya da genetik bilgilerin şimdiki kopyalayarak HML veya HMR ya yeni bir alel doldurarak, MAT a veya MATα geni. Böylece, susturulması allel MAT a ve MATα de mevcut HML ve HMR aktif, ho-kaynaklı DNA hasarım tamir etme genetik bilgilerin bir kaynağı olarak hizmet MAT lokusunun.

Çiftleşme tipi anahtarın yönlülüğü

HO endonükleaz tarafından kesildikten sonra MAT lokusunun onarımı hemen hemen her zaman bir çiftleşme tipi anahtarla sonuçlanır. Bir zaman bir hücre kesen mat bir de allel mevcut MAT yerdeki kesik MAT neredeyse her zaman en enformasyon mevcut kopyalayarak onarılacak HML . Bu sonuçlar MAT için tamir edilen MATα hücrenin mat tipi geçiş alel bir a için. Benzer şekilde, kendi sahip bir α hücre MATα HO endonükleaz ile kesim alel hemen her zaman en bilgi mevcut kullanılarak hasarı tamir edecek HMR kopyalama, mat bir geni MAT lokusu ve α hücrenin mat tipi anahtarlama bir .

Bu, kromozom III'ün sol kolunda bulunan bir rekombinasyon arttırıcının (RE) etkisinin sonucudur . Bu bölgenin silinmesi neden bir HMR kullanarak hatalı onarım hücreleri. Gelen bir hücreler, Mcm1 RE bağlanan ve HML bölgenin rekombinasyonu teşvik eder. α hücrelerinde, α2 faktörü RE'ye bağlanır ve RE üzerinde baskıcı bir alan oluşturur, öyle ki rekombinasyonun gerçekleşmesi olası değildir. Doğuştan gelen bir önyargı, varsayılan davranışın HMR'den onarım olduğu anlamına gelir. Bu etkileşimlerin kesin mekanizmaları hala araştırılmaktadır.

Çiftleşme ve akrabalı yetiştirme

Ruderfer ve ark. doğal S. cerevisiae suşlarının atalarını analiz etti ve çapraz geçişi içeren çiftleşmelerin sadece yaklaşık her 50.000 hücre bölünmesinde bir meydana geldiği sonucuna vardı. Bu nedenle, doğada, çiftleşmenin çoğunlukla yakından ilişkili maya hücreleri arasında olduğu görülmektedir. Çiftleşme, zıt çiftleşme tipi MAT a ve MATα'nın haploid hücreleri temas ettiğinde meydana gelir. Ruderfer ve ark. Bu tür temasların iki nedenden dolayı yakından ilişkili maya hücreleri arasında sık olduğuna dikkat çekti. Birincisi, tek bir mayoz bölünme tarafından doğrudan üretilen hücreleri içeren kese olan aynı askusta, zıt çiftleşme tipindeki hücreler bir arada bulunur ve bu hücreler birbirleriyle çiftleşebilir. İkinci neden, hücre bölünmesi üzerine bir çiftleşme tipindeki haploid hücrelerin, genellikle çiftleşebilecekleri zıt çiftleşme tipinde hücreler üretmesidir (yukarıdaki "Çiftleşme tipi değiştirme" bölümüne bakın). Geçişten kaynaklanan mayotik olayların doğasında göreceli olarak nadir görülmesi, bu organizmada çiftleşme yeteneğini koruyan birincil seçici kuvvetin genetik varyasyon üretiminin olduğu fikriyle tutarsız görünmektedir. Bununla birlikte, bu bulgu, çiftleşme kabiliyetini koruyan birincil seçici kuvvetin, mayoz bölünme sırasında DNA hasarının geliştirilmiş rekombinasyonel onarımı olduğu şeklindeki alternatif fikirle tutarlıdır, çünkü bu yarar, çaprazlama meydana gelsin veya gelmesin, bir çiftleşmeyi izleyen her mayoz sırasında gerçekleşir.

Diğer mayalarda

fisyon mayası

Schizosaccharomyces pombe , besinler sınırlı olduğunda çiftleşmeye uğrayabilen fakültatif bir cinsel mayadır. Maruz kalma , S. pombe , hidrojen peroksit, oksidatif DNA hasarı, güçlü endükleyicisi eşleşme, mayoz ve mayoz sporların oluşmasına yol açan oksidatif stresi neden olan bir ajan. Bu bulgu mayozun ve özellikle mayotik rekombinasyonun DNA hasarını onarmak için bir adaptasyon olabileceğini düşündürmektedir. MAT lokusunungenel yapısı S. cerevisiae'dekine benzer. Çiftleşme tipi anahtarlama sistemi benzerdir, ancak bağımsız olarak gelişmiştir.

Cryptococcus neoformans'ta kendi kendine çiftleşme

Cryptococcus neoformans , kültürde ve enfekte bir konakçıda tomurcuklanan bir maya olarak büyüyen basidiomycetous bir mantardır. C. neoformans , immün sistemi baskılanmış hastalarda hayatı tehdit eden meningoensefalite neden olur. Şüphelenilen bulaşıcı ajan olan sporları üretmek için cinsel döngü sırasında filamentli bir geçişe uğrar. C. neoformans'ın çevresel ve klinik izolatlarının büyük çoğunluğuçiftleşme tipi α'dır. Filamentler normalde haploid çekirdeklere sahiptir, ancak bunlar blastosporlar olarak adlandırılan diploid hücreler oluşturmak için bir diploidizasyon sürecinden (belki endoduplikasyon veya uyarılmış nükleer füzyon yoluyla) geçebilirler. Blastosporların diploid çekirdekleri, daha sonra dağılabilen haploid basidiosporları oluşturmak için rekombinasyon dahil mayoz bölünmeye uğrayabilir. Bu işleme monokaryotik meyve verme denir. Bu işlem için gerekli olan, bakterilerde RecA veökaryotlarda RAD51 genlerinin korunmuş bir homologu olan dmc1 olarak adlandırılan bir gendir. DMC1 bir mayoz ve onarımı sırasında homolog kromozom eşleştirme aracılık çift iplikli kırılmalara DNA (bakınız öz değişmesini , aynı zamanda Michod ve diğ.). Lin et al. C. neoformans'ta mayoz bölünmenin bir faydasının, enfekte olmuş konağın savunma tepkilerini içerebilecek DNA'ya zarar veren bir ortamda DNA onarımını teşvik etmek olabileceğiniöne sürdü.

Referanslar

Dış bağlantılar